تاریخچه چرخدنده ها و آشنایی مختصر با آن ها

مقدمه :

در این مقاله میخواهیم درباره تاریخچه چرخدنده ها به طور کامل بحث کنیم . سپس در ادامه به تعریف اساسی در مورد آن پرداخته و در آخر انواع چرخدنده ها را میشناسیم و به طور خلاطه آن ها را برسی میکنیم . این مقاله توسط سایت تجهیز گیربکس آماده شده است .

تاریخچه چرخدنده ها

استفاده کردن از چرخ دنده ها به قرن ها قبل برمی گردد ، اگرچه چرخ دنده های اصلی آن طور که امروزه هستند نبوده و دارای معایب زیادی بودند . آنها از چوب و میله های چوبی ساخته شده بودند که با چربی های حیوانات روغن کاری می شدند. و کاربردهای آن در پمپ ها و بلند کردن اجسام سنگین مانند مصالح ساختمانی و … بوده است .

در قرن 20 چرخدنده در صنعت خودرو ، هواپیما سازی و هوافضا … مورد استفاده واقع می شد و امروزه همانظور که مشاهده میکنید در هر بخشی که به چشم میخورد از چرخدنده ها استفاده می شود . اما بیایید به گذشته برویم و از زمان یونانیان چرخدنده ها را برسی کنیم .

بیش از سه هزار سال است که بشر از دندانه های درگیر ( چرخدنده ها ) استفاده میکند . در ابتدا رومیان باستان از چرخدنده های چوبی برای آسیاب گندم های خود استفاده کردند . یونانیان نیز از چرخدنده های فلزی (چدن و برنز) در ادوات نجومی خود برای رصد آسمان شب و … استفاده کردند.

قرن ها بعد ساعت مکانیکی با مجموعه ای از چرخدنده فلزی در ابعاد بسیار کوچک در قرن 14 اختراع شد . اما هلندی ها نیز بیکار نشسته اند و از چرخدنده ها نخستین بار به صورت کلان برای انتقال قدرت آسیاب بادی استفاده کردند که خود در آن زمان پدیده ای بزرگ بود . 

جلوتر در قرن 18 انقلاب صنعتی شکل گرفت و ساخت چرخدنده های چدنی بوسیله ریخته گری انجام گرفت . با پیشرفت علم در قرن 19 استفاده از چرخدنده در کشتیهای بخار و قطار و … شکل گرفت و نیز حالا در قرن 21 از چرخدنده ها در 99% صنعت ها استفاده میشود .

تعریف چرخدنده

اکنون که با تاریخچه چرخدنده ها آشنا هستید نوبت آن است که تعریفی واضح از چرخدنده ها داشته باشید . چرخدنده وسیله‌ای است برای انتقال توان دَوَرانی از یک محور به محور دیگر که طی آن ، مقدار گشتاور یا سرعت دَوَرانی یا جهت چرخش یا راستای محوری می‌تواند تغییر کند . تسمه و زنجیر نیز همین کار را می‌کنند، اما با کیفیتی متفاوت .

تعریف چرخدنده ها - tgears.ir

انواع چرخدنده ها

چرخدنده ها به طور کلی به 9 دسته تقسیم می شوند که هر کدام کاربری خاص خود را دارد که در ادامه به طور خلاصه آنها را برسی میکنیم تا بیشتر با انواع چرخدنده ها آشنا شوید .

1- ساده

2- شانه ای

3- داخلی

4- مارپیچ

5- جناغی

6- مخروطی

7- هیپوییدی

8- مارپیچی عرضی

9- پیچ حلزون و چرخ‌حلزون

1- چرخدنده ساده

  • چرخ دنده های ساده روی محور‌هایی سوار می شوند که نسبت به هم موازی می باشند . در این چرخ دنده ها ، دندانه ها در امتداد محور چرخ دنده بوده و موازی محور نیز می باشند و همچنین دندانه ها مستقیم هستند .

به هنگام بکار گیری آنها نیروهای محوری ایجاد نمی شود

بازدهی بین 98-96 درصد دارند

این چرخدنده ها به دلیل نوع دندانه ها و برخورد آنها با یکدیگر سروصدای بیشتری هنگام حرکت دارند و ارتعاشات بیشتری ایجاد می کند

نسبت چرخدنده های ساده در یک مرحله ١:١ تا 1:8 و حداکثر 1:20می باشد.

در دو مرحله 1:45 و حداکثر 1:60 و برای سه مرحله 1:200 و حداکثر 1:300 میباشد

حداکثر توان خروجی 18000 kw و سرعت 100000 RPM و سرعت دایره گام 200 m/s

چرخدنده ساده - tgears.ir

2- چرخدنده های شانه ای

  • چرخ دنده ای است که دندانه های آن به جای دایره بر روی خط راست قرار دارد . این چرخ دنده ها در مکانیسم هایی کاربرد دارد که در آن ها حرکات دورانی ( حرکت پینیون ) باید به حرکت خطی ( حرکت چرخ دنده شانه ای تبدیل شود ) . بیشتر چرخ دنده های شانه ای از نوع ساده هستند ولی می تواند مارپیچ هم باشد .
چرخدنده های شانه ای - tgears.ir

3- چرخدنده های داخلی

این نوع چرخ دنده ها در مواردی که دو محور نسبت به هم نزدیک بوده و امکان استفاده از چرخ دنده های ساده خارجی دیگر نباشد از چرخ دنده ساده داخلی استفاده می شود.

این نوع چرخدنده ها بیشتر در گیربکس های خورشیدی کاربرد دارند

به صورت هلیکال و ساده تولید میشود

کوچک ترین فاصله مرکز تا مرکز را دارا می باشد

نسبت تبدیل 8 و حداکثر 13 می باشند

بازده آنها بین 97-99 درصد می باشد

توان خروجی تولیدی7500 kw و سرعت آنها میتواند تا 40000RPM باشد

چرخدنده های داخلی - tgears.ir

4- چرخدنده های مارپیچ

این چرخ دنده ها نیز مانند چرخ دنده های ساده برای انتقال نیرو بین دو شافت موازی به کار می روند . دندانه های این نوع چرخ دنده ها در طول چرخ دنده به وجود می آید و فرم مارپیچ دارد. این دندانه ها می توانند راست گرد و یا چپ گرد باشند و هنگامی که دو چرخ دنده مارپیچ با هم درگیر می شوند یکی از آن ها راست گرد و دیگری چپ گرد خواهد بود .

مناسب در سرعت های بالا می باشد .

بازده آنها کمتر از چرخدنده ساده میباشد .

به دلیل افزایش درگیری نقطه ای سرو صدای کم تری ایجاد می کند .

به دلیل مارپیچ بودن تولید نیروی محوری میکند که باید متناسب با آن یاتاقان بندی گردد .

افزایش زاویه مارپیچ باعث افزایش در استحکام سایشی و درنتیجه افزایش نیروی محوری میگردد .

به دلیل درگیری بیشتر بین دندانه ها نسبت تماس در چرخدنده های مارپیچ بیشتر از ساده می باشد و در نتیجه ظرفیت انتقال قدرت بیشتری دارند .

چرخدنده های مارپیچ - tgears.ir

5- چرخدنده های جناغی

این نوع چرخ دنده ها در اصل یک جفت چرخ دنده مارپیچ چپ گرد و راست گرد می باشند که کنار یکدیگر قرار داده شده اند .

چرخدنده های جناغی - tgears.ir

شک پذیری بالاتری دارند .

از نظر ظرفیتی بالاتر از چرخدنده های مارپیچ می باشند .

در سیستم هایی استفاده میشود که نمیتوانند نیروهای محوری را با یاتاقان بندی مهار کنند .

در صورت ایجاد خطای ساخت عملا نصف توان محاسبه شده انتقال پیدا می کند وتحت این شرایط بسیار سریع چرخ دنده تخریب می گردد .

6- چرخدنده های مخروطی

چرخدنده های مخروطی با دندانه های مستقیم

این نوع چرخ دنده ها برای انتقال نیرو بین محورهایی به کار می روند که متقاطع می باشند و زاویه بین آن ها معمولاً 90 درجه می باشد .

این دندانه ها به صورت مستقیم بوده و ارتفاع آن ها هرچه از قطر بزرگ مخروط به طرف قطر کوچک آن برویم کمتر می شود؛ همچنین کناره های این دندانه ها حالت مخروطی دارد .

چرخدنده های مخروطی - tgears.ir

چرخدنده های مخروطی مارپیچ

  • این چرخ دنده ها مانند چرخ دنده های مخروطی با دندانه های مستقیم می باشند ، با این تفاوت که دندانه ها در این جا فرم مارپیچ دارند . بنابراین درگیری در این حالت به تدریج صورت می گیرد ، به این معنا که درگیری از یک نقطه آغاز می گردد و به تدریج سطح تماس افزایش پیدا می کند .
چرخدنده های مخروطی مارپیچ - tgears.ir
چرخدنده های مخروطی مارپیچ - tgears.ir

کناره ته دندانه های اسپیرال نسبت به ساده مقاوم تر است

نحوه مونتاژ این نوع چرخدنده ها حساسیت خاص خود را دارد

در سرعت های بالا حتما باید از چرخدنده های اسپیرال استفاده کرد

حداقل تعداد دندانه برای پدیده اندرکات در اسپیرال از ساده کمتر است

چرخدنده های مخروطی به آرامی چرخدنده های ساده و مارپیچ کار نمیکنند

نسبت تبدیل در این چرخدنده ها معمولا 6 میباشد ودر شرایط خاص نسبت های بالاتر نیز امکان پذیر است

چرخدنده های مخروطی اسپیرال نسبت به ساده این ویژگی را دارد که تعداد دنده بیشتری درآن در گیر است در نتیجه حرکت بسیار آرامترو روانتر دارد

7- چرخدنده های هیپوئیدی

این نوع چرخ دنده ها مشابه چرخ دنده های اسپیرال مخروطی می باشند با این تفاوت که محورهای این نوع چرخ دنده ها با هم هیچ تداخلی ندارند (یعنی اگر محورهای آن ها را امتداد دهیم در هیچ نقطه ای به یکدیگر برخورد نمی کنند) . در این نوع چرخ دنده ها محور پینیون با یک فاصله از محور چرخ دنده قرار دارد .

چرخدنده های مخروطی هیپوئیدی - tgears.ir
چرخدنده های مخروطی هیپوئیدی - tgears.ir

8- چرخ دنده های مارپیچ عرضی

این نوع چرخ دنده ها شبیه چرخ دنده های مارپیچ استوانه ای هستند اما محور شافت هایی که این نوع چرخ دنده روی آن ها قرار می گیرد با یکدیگر موازی نبوده و دارای زاویه می باشند .

چرخدنده های مارپیچ عرضی - tgears.ir

9- پیچ حلزون و چرخ‌حلزون

  • در این سیستم از چرخ دنده ها محورهای پیچ و چرخ حلزون با یکدیگر تداخل ندارند (اگر محورهای آن ها را امتداد دهیم با یکدیگر برخورد نمی کنند) و در ضمن در دو صفحه قرار دارند که معمولاً این دو صفحه بر هم عمود هستند و دندانه های هر دو عضو دارای فرم مارپیچ می باشند .
چرخدنده های پیچ حلزون و چرخ حلزونی - tgears.ir

نسبت به سایر چرخدنده ها قیمت ارزانتر دارد

بازده این چرخدنده بین 45 تا 60 درصد میباشد

کمترین سر و صدا و لرزش را بین چرخدنده ها دارد

توان خروجی تولیدی750 kw ونیز حداکثر سرعت خروجی 30000RPM میباشد

میزان سایش در این چرخدنده ها بالاست و باید به آن توجه ویژه داشت سیستم خودقفلی دارد

کلام آخر

اکنون با تاریخچه چرخدنده ها ، علت ساخت آن ها و موارد استفاده آن ها آشنا هستید و میدانید که چرخدنده ها در 9 دسته و بعضا با زیر دسته های خاص خود دسته بندی می شوند . مهم ترین موضوع این پست آشنایی با تاریخچه چرخدنده ها بوده که اکنون کاملا با آن آشنا هستید .

1 نظر

ارسال نظر

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.